Электрохимическая очистка воды от ионов металлов с использованием диафрагмы Текст научной статьи по специальности «Экологические биотехнологии»

Секция ««Электронная техника и технологии»

УДК 628.16.087

ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ ОЧИСТКА ВОДЫ ОТ ИОНОВ МЕТАЛЛОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ДИАФРАГМЫ

Е. А. Васильева Научный руководитель - И. Я. Шестаков

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева

Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

Е-mail: evgen_vasilyeva@mail.ru

Представлены экспериментальная установка, расчёт времени электролиза и результаты исследований очистки воды от ионов хрома электрохимическим способом при использовании диафрагмы.

Ключевые слова: вода, электрохимическое воздействие, постоянный ток.

WATER CLEANING FROM METAL IONS BY ELECTROCHEMICAL TREATMENT BY USING THE DIAPHRAGM

Е. А. Vasilyeva Scientific supervisor - I. Ya. Shestakov

Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E -mail: evgen_vasilyeva@mail.ru

The experimental setup, electrolysis time calculation and the results of studies of water cleaning from chromium ions by the electrochemical treatment with the diaphragm are presented in the article.

Keywords: water, electrochemical treatment, direct current.

Загрязнение воды является одной из острейших экологических проблем в мире. Более 90 % сточных вод сбрасываются в открытые водоемы без предварительной очистки. В большей мере причиной тому являются сточные воды гальванических производств, содержащие целый ряд ионов металлов, пагубно воздействующих на здоровье людей и окружающую среду. Поэтому рациональное использование водных ресурсов и сохранение чистоты природных вод стало одной из актуальных проблем человечества.

В настоящее время существует большое количество способов очистки воды и водных растворов от ионов хрома - механические, химические, электрические, физические, биологические, комбинированные и др. Например, для очистки воды от железа эффективно используется отстаивание, от меди, никеля, хрома (VI) широко применяют электрокоагуляцию, ионообменные технологии, биологическую очистку и т. д. [1]. Сточные воды гальванических производств содержат совокупность различных ионов металлов при концентрации последних 0,5 мг/л и менее. Однако исследований по очистке воды от ионов хрома при таких концентрациях недостаточно.

В данной статье представлены результаты экспериментальных исследований очистки воды от ионов хрома способом, заключающимся в электрохимическом воздействии током раствора, содержащего пористую диафрагму.

Электрохимический реактор (рис. 1) представляет собой совокупность цилиндрических ёмкостей из пластмассы, установленных коаксиально, по внутренней стенке большой ёмкости (корпуса) установлен катод из нержавеющей стали 12Х18Н10Т (диаметр 98 мм, высота 105 мм, толщина стали 1 мм). На боковой поверхности малой ёмкости (диаметр 70 мм) выполнены многочисленные отверстия, внутри которой помещена брезентовая ткань, выполняющая функцию диафрагмы. В центре малой ёмкости располагается графитовый анод (диаметр 12 мм). Электроды подключали к источнику постоянного тока. Объем заливаемого раствора 0,65 л. Электрический ток пропускали через раствор

Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2015. Том 1

в течение 15 минут при силе тока 0,27-0,29 А и напряжении на клеммах электродов 10 В. В воде растворяли соль Cr(VI) при средней концентрации иона хрома [CrO4]2- 0,9 г/л.

Для регистрации параметров тока и напряжения процесса использовали прибор - мультиметр FLUKE 179. Источник постоянного тока Б5-8.

Принципиальная схема экспериментальной установки и схема электрохимического реактора представлены на рис. 1.

Степень очистки определяли по формуле

f Co - С >

Y =

100, (1)

где Со, Ск - начальная и конечная концентрации удаляемого иона металла, мг/л. Таким образом:

где Со [СГО4]2- = 892 мг/л;

Y = | 892 780 |100 % = 12,5 %, 892

Ск [СГО4]2- = 780 мг/л.

Время электролиза определяли из соотношения [2]:

1,3ЕЬг > Ь > 1,0ЕЬг, (2)

где Е - напряженность электрического поля между электродами в жидкости, В/см; Ь - подвижность ионов, см2В-1с-1; 1 - время электролиза, с; Ь - расстояние, которое должен пройти ион; К - коэффициент, учитывающий снижение подвижности иона при увеличении концентрации последнего.

Так как очистку раствора проводим от иона Сг+6, то расчет продолжительности электролиза производим для него:

г = ь / (1,3ЕЬ), (3)

где Ь = 4 см; Е = 10 В / 4,9 см = 2,04 В/см; Ь [Сг04]2- = 0,00074 см2/(сВ) [3]; к = С0/Ср-р = 0,00776 моль/л / 0,001 моль/л = 7,76.

г = 4 см / (1,3 2,04 В/см 0,000 74 см2/(с В))-7,7б = 31,04/0,001 962 48 с = 15 816,72 с = 4,4 часа.

-X 4

Рис. 1. Принципиальная схема экспериментальной установки: 1 - ёмкость из пластмассы; 2 - катод из пластины нержавеющей стали 12Х18Н10Т; 3 - пластмассовый стакан с отверстиями; 4 - отверстия в малой ёмкости; 5 - диафрагма из брезентовой ткани; 6 - анод из графита

Секция «Электронная техника и технологии»

После электролиза раствора воды в течение 15 минут, методом атомной абсорбции был сделан анализ растворов католита и анолита на содержание элемента Сг , который показал:

- содержание Сг6+ в объеме католита уменьшилось на 0,05 г/л;

- содержание Сг6+ в объеме анолита увеличилось на 0,05 г/л.

Таким образом, результат эксперимента показал, что данный способ очистки позволяет уменьшить концентрацию ионов хрома (VI) в прикатодном пространстве. Необходимо активизировать процесс электролиза путем увеличения напряженности электрического поля и заменить материал диафрагмы, что позволит уменьшить время электролиза.

Библиографические ссылки

1. Водное хозяйство промышленных предприятий: справочное издание : в 2 кн. Кн. 1 / В. И. Аксенов [и др.] ; под ред. В. И. Аксенова. М. : Теплотехник, 2005. 640 с.

2. Пасько О. А., Семенов А. В., Смирнов Г. В., Смирнов Д. Г. Бытовой диафрагменный электролизер. Пат. РФ № 2344996, С 02 Б 1/46. Опубл. 01.2006.

3. Добош Д. Электрохимические константы : справочник для электрохимиков. М. : Мир, 1980.

365 с.

© Васильева Е. А., 2015